انواع دارو و رسپتور
ژانویه 11, 2020مسائل مرتبط با آزمايش‌های ژنتيکی
ژانویه 15, 2020 پروژه ژنوم انسان
پروژه ژنوم انسان
پروژه ژنوم انسان يک پروژه بين‌المللي است که جهت تعيين نقشه دقيق فيزيکي و ژنتيکي انسان و تعيين توالي نوکلئوتيدي DNA انسان طراحي شده است. در دسترس بودن توالي کامل بازي DNA انسان به شناخت و مطالعه ۶۰۰۰۰ تا ۸۰۰۰۰ ژن انسان کمک خواهد کرد. در حال حاضر مشخص شده که تعداد ژن‌های انسانی بین ۲۵۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ است. به علاوه، اين پروژه قصد دارد کل توالي نوکلئوتيدي DNA ارگانيسم‌هايي غير از انسان نظير پروکاريوت ها، مخمر، کرم‌ها، مگس‌ها، موش‌ها، موش‌هاي صحرايي و گياهان را تعيين کند.
انواع نقشه‌های فيزيکی در پروژه ژنوم انسان
روش‌هاي مختلف و متعددي براي ايجاد نقشه فيزيکي ژنوم انسان به کار مي‌رود. نقشه‌هاي فيزيکي اوليه از آنزيم‌هاي محدودکننده و پلي‌مورفيسم‌هاي طبيعي در داخل DNA انسان براساس چندشکلي طولي قطعات محدود شونده(RFLPs) براي ايجاد نقشه ژنتيکي انسان استفاده مي‌کردند. با به وجود امدن تکنيک‌هاي اتصال کروموزومي، مطالعات بر روي هيبريد‌هاي سلول سوماتيک، و FISH نقشه سيتوژنتیک ساخته شد که چهارچوب ابتدايي شناسايي و تعيين محل ژنهاي منفرد بر روي ۲۴ کروموزوم انسان را ارائه مي‌کرد .
پيشرفت عمده‌اي که در تعيين نقشه ژن انسان حاصل شد به خاطر ايجاد تکنيک واکنش زنجيره‌اي پلي‌مراز(PCR) بودستفاده مي‌کند، از مقادير کوچک DNA شروع کرده و تکثير و جداسازي يک بخش ويژه DNA را انجام مي‌دهد. واکنش زنجيره‌اي پلي‌مراز نقش مهمي در ايجاد مارکرهاي اختصاصي ويژه برروي کروموزوم‌ها دارد که آنها را توالي‌هاي برچسب خورده(STSs) مي‌نامند. STSها، توالي‌هاي DNA منحصر به فرد و کوتاهي هستند که از طريق تکنيک PCR تکثير مي‌شوند. اين توالي‌ها مي‌توانند تکرار‌هاي ريزماهواره يا توالي‌هاي شناخته شده ژنهاي شبيه‌سازي شده را شامل شوند. نقشه STS از STSهاي چندگانه با توجه به موقعيت يکديگر که بر روي نقشه ژني قرار گرفته‌اند ساخته شده است. اين عمل با تعيين اينکه آيا بر روي يک کلون کروموزوم مصنوعي مخمر(YAC)يا قطعات DNA مشابه موجود در يک هيبريد تشعشعي دو STS وجود دارند يا خير، انجام شد. نخستين نقشه از ژنوم انسان بر پايه STS در سال ۱۹۹۵ تکميل شد که ۱۵۰۸۶ جايگاه بر روي ۲۴ کروموزوم با فاصله متوسط ۱۹۹کیلوباز بين هرکدام، تعيين محل شد.
برچسب توالی بيان‌شونده(EST) يا نقشه رونوشت ژنوم انسان
ژنوم انسان از bp 109×۳ DNA تشکيل شده است که فقط ۳% ازآن دربردارنده اطلاعات رمزگذاري براي RNA و پروتئين است. برخي از محققان، عاقلانه بودن توالي‌يابي تصادفي کل ژنوم را زير سوال بردند و پيشنهاد کردند که تمرکز بر روي ۳% از DNA که تشکيل دهنده توالي‌هاي رمزگذار است، سودمند‌تر خواهد بود. از اين رو، روشي به وجود آمد تا توسط آن کتابخانه هاي cDNA که تمام ژنهاي بيان شده در DNA انسان را نشان مي‌داد، ساخته شود. از ESTها در ايجاد نقشه رونوشت ژنوم انسان استفاده مي‌شود و شبيه به STSها هستند با اين تفاوت که آنها توالي DNA اي را که به RNA پيک(mRNA) رونويسي مي‌شود نشان مي‌دهند نه توالي‌هاي بازي موجود در DNA را.
کتابخانه‌هاي EST از طريق جداسازي کل mRNAها از بافت‌هاي جداگانه و با استفاده از ترنسکريپتاز معکوس براي ساختن cDNA مکمل mRNA ساخته شدند. قطعات cDNA توسط PCR تکثير شده و از طريق توالي‌يابي خودکار در مقياس‌هاي بزرگ توالي‌يابي مي‌شوند. قطعات توالي EST به چند گروه از ژنهاي مجزا دسته بندي مي‌شوند زيرا يک تک ژن ممکن است توسط ESTهاي متعدد ارائه شود. استفاده از ناحيه ترجمه نشده ‘۳ به دست آوردن قطعات منحصر به فرد براي هر ژن را آسان کرده زيرا اين توالي‌هاي DNA حاوي اينترون نيستند و از توالي‌هاي ترجمه شده اگزون کمتر حفظ شده‌اند. توالي هر EST با توالي‌هاي شناخته شده ژنهاي موجود در بانک‌هاي اطلاعاتي مختلف مقايسه مي‌شود و سپس به يک ژن ويژه اختصاص مي‌يابد. تعيين نقشه منظم ESTها به روش مشابهي که پيش از اين در مورد STSها شرح داده شد و از طريق تعيين اتحادgميان دو توالي موجود بر روي يک کلون YAC مشابه يا قطعه هيبريد تشعشعي انجام مي‌گردد، صورت مي‌پذيرد. در اکتبر سال ۱۹۹۶، نقشه ژني ژنوم انسان که ۲۰۱۰۴ STS و EST را تعيين نقشه کرده بود، منتشر شد.
انستيتو تحقيقات ژنومي با سرپرستي کرگ ونتر در ايجاد کتابخانه‌هاي cDNAي EST نقش مهمي داشت. در مي‌سال ۱۹۹۷، اين انستيتو ۳۰۰ کتابخانه cDNA را از ۳۷ اندام و بافت مجزا تهيه نمود. از اين کتابخانه‌ها حدود ۱۷۵۰۰۰ EST که نشان‌دهنده ۵۲ ميليون نوکلئوتيد توالي DNA انسان و حدود ۸۰% از ژنهاي انسان بود، به وجود آمد.
نقشه‌های ژنومی ارگانيسم‌های غير انسانی
علاوه بر توالي‌يابي ژنوم انسان، ژنوم‌هاي DNA تعدادي از ارگانيسم‌هاي مدل توالي‌يابي شده‌يا در حال انجام است که برخي از آنها در جدول ۵-۱۴ ذکر شده‌اند. توالي‌هايي که تا کنون کامل شده‌اند عبارتند از: ژنوم‌هاي ميکوپلاسما ژنيتاليوم، متانوکوکوس جاناشي، هموفيلوس آنفولانزا، اشرشيا کولي، و ساکاروميسس سرويسيه. اطلاعات به دست آمده از توالي‌هاي DNA اين ارگانيسم‌ها در درک ارتباطات تکاملي و عملکردهاي بسياري از ژن‌ها بسيار موثر خواهد بود. توالي DNA باکتري هموفيلوس آنفولانزا درک جديد و جالبي از بيماري‌زايي اين ارگانيزم با شناسايي ژنهاي بيماري‌زاي جديد به وجود آورد.
ارگانيسم | اندازه ژنوم (مگاباز) | تعداد ژنهاي پيش بيني شده |
ميکوپلاسما ژنيتاليوم | ۵۸/۰ | ۴۷۰ |
متانوکوکوس جاناشي | ۶۶/۱ | ۱۷۳۹ |
هموفيلوس آنفولانزا | ۸۳/۱ | ۱۷۲۷ |
اشرشيا کولي | ۶/۴ | ۴۱۰۰ |
ساکاروميسس سرويسيه | ۱/۱۲ | ۵۸۸۵ |
سينربدايتيس الگانس (C. elegans) | 100 | 14000 |
دروزوفيلا ملانوگاستر | ۱۶۵ | ۱۲۰۰۰ |
ماهيFugu rubripes | 400 | 70000 |
موش (Mus musculus) | 3000 | 70000 |
موش صحرايي (Rattus norvegicus) | 3000 | 70000 |
هموساپينس | ۳۰۰۰ | ۷۰۰۰۰ |
توالی ژنومی ارگانيسم ها
حتي با دانش کاملي از توالي بازي DNA انسان، ساختار اسيدآمينه‌اي و عملکرد محصولات ژن انسان که توسط DNA رمزگذاري مي‌شوند را نمي‌توان به طور مستقيم استنباط کرد. به هر حال تشابه در مسير‌هاي مهم بين مخمر و انسان، همين‌طور بين مگس و انسان مشاهده شده است. به اين دليل که مگس و مخمر سيستم‌هاي ژنتيکي فوق العاده‌اي براي بررسي نقش محصولات ژن در مسير‌هاي بيوشيميايي هستند، زماني که توالي کامل DNA ارگانيسم‌هاي غير انساني شناخته شد، تعيين محل تمام ژن‌های انسان با آرايش بيوشيميايي ساده خواهد شد.
علاوه بر اين مخمر، موش و مگس ارگانيزم‌هاي سودمندي براي انجام ازمايشات انتقال ژن هستند. شناخت توالي کامل بازي DNA اين ارگانيسم‌ها روش‌هاي جديدي براي هدف‌گيري صحيح ژن‌ها ارائه مي‌کند و ممکن است سيستم‌هاي مدلي را به وجود بياورد که به وسيله آنها بتوان عملکرد و کنترل ژن را بررسي کرد. در همه موارد، اطلاعات به دست آمده از شناخت توالي‌هاي DNA انسان و ارگانيسم‌هاي ديگر شيوه‌هاي درماني جديدي را براي درمان بيماري‌هاي ژنتيکي انسان به ارمغان خواهد آورد.
انتظار مي‌رود که تشخيص مولکولي بيماري‌هاي انسان با شناخت توالي کامل بازي انسان تسريع شود. وقتي ژنهاي بيماري مشخص و توالي‌يابي شدند، تعداد زيادي از جهش‌هاي مرتبط با آسيب شناسي باليني بيماري مشخص خواهد شد. تمام اين جهش‌ها بايد به آساني در شرايط باليني و با استفاده از PCR شناسايي شوند.
مسائل اخلاقی، قانونی و اجتماعی در رابطه با پروژه ژنوم انسان
فوايد بالقوه و آشکار فراواني در شناخت توالي کامل DNA ژنوم انسان همچنين در توالي DNA ديگر ارگانيسم‌هاي مدل وجود دارد. به دست آوردن اين شناخت، بدون ريسک‌هاي مرتبطي که از نتايج پيش‌بيني نشده داشتن چنين اطلاعاتي به وجود مي‌آيد، ۸عت۸عتامکان ندارد. با شبيه‌سازي ژنهاي انسان و شناسايي جهش‌هاي مرتبط با بيماري‌هاي او، آزمايش‌هاي تشخيصي جديدي در دسترس عموم قرار گرفت تا افرادي که در معرض خطر ابتلا به يک بيماري بخصوص هستند شناسايي شوند. در دسترس بودن آزمايش‌هاي رايج برای تشخیص بيماري‌ها مطمئناً بر بيماران، خانواده‌هاي آنها و پزشکان‌شان تاثير خواهد گذاشت.
تا چه اندازه يک فرد مايل به دانستن ساختار ژنتيکي بدن خود مي‌باشد؟ چه کسي بايد به اطلاعات ژنتيک وراثتي يک فرد و ميزان ريسک بيماري‌اش دسترسي داشته باشد؟ اين سوالات مهم و مسائل ديگر اخلاقي، قانوني و اجتماعي در رابطه با پروژه ژنوم انسان در مراحل اوليه پروژه مطرح شد. به همين دليل گروه ELSI يا گروه اثرات اخلاقي، قانوني و اجتماعي به عنوان بخشي از پروژه ژنوم انسان تشکيل شد تا اين مسائل را مورد بررسي قرار دهد. اين گروه از متخصصين ژنتيک، وکلا، اخلاق‌گرايان، جامعه‌شناسان و دين‌شناسان تشکيل شده است و توجهش را به سه مسئله اصلي معطوف داشته است. اول مسئله بررسي تاثيرات پروژه ژنوم انسان بر معرفي آزمايش‌هاي باليني جديد به حرفه پزشکي مي‌باشد، دومين مسئله تعيين اينست که چه کسي مي‌تواند به ساختمان ژنتيکي افراد دسترسي داشته باشد و آخرين مسئله يافتن راهي است براي آموزش مسائل ژنتيکي هم به پرسنل پزشکي و هم به عموم مردم.
مسائل مرتبط با آزمايش‌های ژنتيکی
با معرفي آزمايش‌هاي ژنتيکي قابل دسترس براي رديابي جهش در ژنهاي سرطان پستان BRCA1 و BRCA2، سوالات مطرح شده در مورد آزمايش‌هاي باليني بيماري‌هاي ژنتيکي انسان، به يک مسئله بحث‌برانگيز تبديل شده است. اين جهش‌ها بر ۸۰% از موارد سرطان تخمدان و سينه ارثي و با بروز در سنين پایین دلالت مي‌کنند. در واقع اين جهش‌ها علت کمتر از ۱۰% از موارد سرطان تک‌گير سينه در جمعيت عمومي مي‌باشند.
بحث‌هاي مطرح شده در اين مورد که آيا اين آزمايش‌ها مي‌توانند جهشي را در ژن‌ها رديابي کنند‌يا خير نيست بلکه در اين مورد است که اين نتايج چه معنايي دارند و چگونه بر افراد، خانواده ها، و زندگي‌شان اثر مي‌گذارند. زيرا هيچ تضميني وجود ندارد که نتيجه منفي به اين معنا باشد که زني هرگز به سرطان سينه مبتلا نمي‌شود و نتيجه مثبت هم بيانگر اين باشد که او به اين بيماري دچار خواهد شد. پس آيا اين آزمايشات بايد در دسترس عموم قرار گيرند؟ کسي که مي‌خواهد اين آزمايش را انجام دهد، بايد به انجام مشاوره ژنتيکي تشويق شود. مشاوران ژنتيک، به گونه‌اي آموزش ديده‌اند که بتوانند فوايد و مضرات اين گونه آزمايشات را توضيح دهند و فرد را از اين نظر که چگونه مي‌تواند نتايج را تعبير کرده و با آنها کنار بيايد مشاوره کنند.
